Зошто има зголемена побарувачка за SiC керамика со висока топлинска спроводливост во полупроводничката индустрија?

Во моментов,силициум карбид (SiC)е високо активна област на истражување на термопроводливи керамички материјали и на домашно и на меѓународно ниво. Со теоретска топлинска спроводливост која може да достигне до 270 W/mK за одредени типови кристали,SiCе меѓу најдобрите изведувачи во непроводливи материјали. Неговите апликации се протегаат низ подлогите на полупроводнички уреди, керамички материјали со висока топлинска спроводливост, грејачи и греалки во полупроводничка обработка, материјали за капсули за нуклеарно гориво и херметички заптивки во компресорските пумпи.

Како еСилициум карбидСе применува во индустријата за полупроводници?

Плочите за брусење и тела се суштинска процесна опрема за производство на силиконски наполитанки во полупроводничката индустрија. Ако плочите за мелење се направени од леано железо или јаглероден челик, тие имаат тенденција да имаат краток век на траење и висок коефициент на термичка експанзија. За време на обработката на силиконската обланда, особено за време на брусење или полирање со голема брзина, абењето и термичката деформација на овие брусни плочи го прават предизвик да се одржи плошноста и паралелизмот на силиконските наполитанки. Сепак, плочите за мелење направени од силициум карбид керамика покажуваат висока цврстина и мало абење, со коефициент на термичка експанзија што тесно се совпаѓа со силиконските наполитанки, што овозможува брусење и полирање со голема брзина.

Покрај тоа, за време на производството на силиконски наполитанки, потребна е високотемпературна термичка обработка, често со користење на силициум карбид тела за транспорт. Овие тела се отпорни на топлина и оштетување и може да се обложат со јаглерод сличен на дијамант (DLC) за да се подобрат перформансите, да се ублажи оштетувањето на обландите и да се спречи дифузија на контаминација. Дополнително, како претставник на третата генерација полупроводнички материјали со широк појас, единечните кристали на силициум карбид поседуваат својства како што се широк пропуст (приближно трипати поголем од силиконот), висока топлинска спроводливост (околу 3,3 пати поголема од силициумот или 10 пати поголема од на GaAs), висока брзина на заситеност на електрони (околу 2,5 пати поголема од онаа на силициумот) и високо електрично поле на распаѓање (приближно 10 пати поголемо од силициумот или пет пати поголемо од GaAs). Уредите со силициум карбид ги компензираат недостатоците на традиционалните уреди со полупроводнички материјали во практична примена и постепено стануваат мејнстрим кај енергетските полупроводници.

Зошто е побарувачката за висока топлинска спроводливост?SiC керамикаНапливот?

Со континуираниот технолошки напредок, побарувачката засилициум карбид керамикаво полупроводничката индустрија рапидно се зголемува. Високата топлинска спроводливост е критичен индикатор за нивната примена во компонентите на опремата за производство на полупроводници, што го прави истражувањето за висока топлинска спроводливостSiC керамикаклучна. Намалувањето на содржината на кислород во решетката, зголемувањето на густината и рационално контролирање на дистрибуцијата на втората фаза во решетката се примарни методи за подобрување на топлинската спроводливост насилициум карбид керамика.

Во моментов, истражувањата за висока топлинска спроводливостSiC керамикаво Кина е ограничен и значително заостанува зад светските стандарди. Идните насоки за истражување вклучуваат:

Зајакнување на процесот на подготовка истражување наSiC керамикапрашоци, бидејќи подготовката на прашок со висока чистота и ниско-кислород SiC е од фундаментално значење за постигнување на висока топлинска спроводливостSiC керамика.

Подобрување на изборот и теоретското истражување на средствата за синтерување.

Развивање опрема за синтерување, бидејќи регулирањето на процесот на синтерување за да се добие разумна микроструктура е од суштинско значење за стекнување висока топлинска спроводливостSiC керамика.

Кои мерки можат да ја подобрат топлинската спроводливост наSiC керамика?

Клучот за подобрување на топлинската спроводливост наSiC керамикае да се намали фреквенцијата на расејување на фонони и да се зголеми средната слободна патека на фононите. Ова може ефективно да се постигне со намалување на порозноста и граничната густина на зрното наSiC керамика, подобрување на чистотата на границите на зрната SiC, минимизирање на нечистотиите или дефектите во решетката SiC и зголемување на носачите на термички транспорт во SiC. Во моментов, оптимизирањето на видот и содржината на помагалата за синтерување и високотемпературната термичка обработка се примарни мерки за подобрување на топлинската спроводливост наSiC керамика.

Оптимизирање на типот и содржината на помагалата за синтерување

За време на подготовката на високо-термичка спроводливост често се додаваат различни средства за синтерувањеSiC керамика. Видот и содржината на овие помагала за синтерување значително влијаат на топлинската спроводливост наSiC керамика. На пример, елементите како Al или O во помагалата за синтерување на системот Al2O3 лесно може да се растворат во SiC решетката, создавајќи празни места и дефекти, со што се зголемува фреквенцијата на расејување на фононот. Понатаму, ако содржината на помошта за синтерување е премногу ниска, материјалот може да не се згусне за време на синтерувањето, додека високата содржина на средството за синтерување може да доведе до зголемени нечистотии и дефекти. Прекумерните помагала за синтерување во течна фаза, исто така, може да го инхибираат растот на зрната SiC, намалувајќи ја средната флононска слободна патека. Затоа, за да се постигне висока топлинска спроводливостSiC керамика, потребно е да се минимизира содржината на помошта за синтерување додека се обезбедува згуснување и да се изберат средства за синтерување кои не се лесно растворливи во решетката SiC.

Во моментов, топло цеденоSiC керамикакористењето на BeO како средство за синтерување покажува највисока топлинска спроводливост на собна температура (270 W·m-1·K-1). Сепак, BeO е многу токсичен и канцероген, што го прави несоодветен за широка употреба во лабораториите или индустријата. Системот Y2O3-Al2O3 има евтектичка точка на 1760°C и е вообичаено средство за синтерување во течна фаза заSiC керамика, но бидејќи Al3+ лесно се раствора во SiC решетката,SiC керамикасо овој систем како средство за синтерување имаат топлинска спроводливост на собна температура под 200 W·m-1·K-1.

Ретките земјени елементи како што се Y, Sm, Sc, Gd и La не се лесно растворливи во решетката SiC и имаат висок афинитет за кислород, што ефикасно ја намалува содржината на кислород во решетката SiC. Затоа, системот Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) најчесто се користи како помошно средство за синтерување за подготовка на висока топлинска спроводливост (>200 W·m-1·K-1)SiC керамика. На пример, во системот Y2O3-Sc2O3, јонското отстапување помеѓу Y3+ и Si4+ е значајно, спречувајќи формирање на цврсти раствори. Растворливоста на Sc во чист SiC е релативно ниска на температури од 1800~2600°C, приближно (2~3)×10^17 атоми·cm^-3.

Термичките својства на SiC керамиката со различни помагала за синтерување

Термички третман со висока температура

Високотемпературна термичка обработка наSiC керамикапомага да се елиминираат дефектите на решетката, дислокациите и резидуалниот стрес, промовирајќи ја трансформацијата на некои аморфни структури во кристални структури и намалувајќи го расејувањето на фононот. Дополнително, термичката обработка со висока температура ефикасно го промовира растот на зрната SiC, што на крајот ги подобрува термичките својства на материјалот. На пример, по термичка обработка на висока температура на 1950°C, термичката дифузија наSiC керамикасе зголеми од 83,03 mm2·s-1 на 89,50 mm2·s-1, а топлинската спроводливост на собна температура се зголеми од 180,94 W·m-1·K-1 на 192,17 W·m-1·K-1. Термичката обработка со висока температура значително ја подобрува способноста за деоксидација на помагалата за синтерување на површината и решетката на SiC и ги затегнува врските на зрната SiC. Следствено, топлинската спроводливост на собна температура наSiC керамикае значително зајакната по термичка обработка на висока температура.**

Ние во Semicorex сме специјализирани заSiC керамикаи други керамички материјали кои се применуваат во производството на полупроводници, доколку имате какви било прашања или ви требаат дополнителни детали, ве молиме не двоумете се да стапите во контакт со нас.

Телефон за контакт: +86-13567891907

Е-пошта: sales@semicorex.com